CN116745589A - 用于高压隔离开关的温度感测设备和包括温度感测设备的高压隔离开关 - Google Patents
用于高压隔离开关的温度感测设备和包括温度感测设备的高压隔离开关 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于高压隔离开关的感测设备，包括：发光元件和光纤，发光元件配置为使其温度与高压隔离开关的温度一致，光纤配置为从发光元件接收光发射并配置为引推导光发射。此外，推导单元配置为从光纤接收光发射并且基于所接收的光发射的持续时间来推导关于高压隔离开关的温度的信息。
Description
技术领域
在下文中，描述了一种用于高压隔离开关的温度感测设备和包括温度感测设备的高压隔离开关。
背景技术
向多个间隔开的用户提供电能的渐进式能源供应系统基于分散式发电单元，诸如风力发电厂、热电联产站、太阳能单元和小型实体发电厂。然而，分散式电力部署和消耗需要用于分配电能的增强型电网，其中增强型电网包括多个变电站，其间歇地连接或断开高压链路(linkage)以传输电能。
高压链路的接通和断开通常用分合闸隔离开关BCDS来实现，它是电网变电站不可或缺但又是错误敏感元件。
已知BCDS的常见故障是由BCDS的高压接触装置的错误或不完全接触引起的，例如由于污染或机械变形的接触装置。由此产生的高压接触装置之间不良的电连接会导致BCDS的电阻显著增加，并因此导致运行的BCDS的温度升高。结果，发生事故的风险以及电能损失都极大增加了。
因此，经常检测和监测BCDS的温度，尤其是BCDS的高压接触装置的温度，对于保证变电站和包括变电站在内的电网的有效运行、提高运行安全性、减少停机时间是必不可少的。
为了测量、监控和/或报告技术设备的温度，已知多种方法和感测设备。然而，已知的温度测量装置包括电气操作部件，至少用于将测得的温度值传输到中央监控或评估单元。这种电气操作装置不适合在紧挨高压接触装置附近使用，因为接触装置和传感器电极(传感器位置处的地电平>50kV)之间的电压差会使感测设备的可操作性变得不可能，但至少会影响感测设备的可操作性。
此外，变电站及其诸如BCDS的部件通常会受到环境影响，诸如变化的周围温度、湿度、气压和风力条件和/或灰尘或污染物的沉积。
因此，用于高压隔离开关的温度感测设备必须能够抵抗要运行变电站所处的常见环境影响，并且不必需要在高压隔离开关附近进行电气操作的部件。
发明内容
该技术问题的解决方案由根据独立权利要求1的感测设备和根据独立权利要求12的高压隔离开关提供。感测设备和高压隔离开关的其他实施例由权利要求2至11和13至15定义。
一种用于高压隔离开关的感测设备包括：发光元件，其配置为使其温度与高压隔离开关的温度一致；以及光纤，其配置为从所述发光元件接收光发射，并配置为引导所述光发射。此外，推导单元配置为从所述光纤接收所述光发射，并且基于所述接收的光发射的持续时间/时间范围来推导关于所述高压隔离开关的温度的信息。
所述发光元件配置为发射光发射。由所述发光元件发射和/或由所述光纤引导的所述光发射可以包括紫外光、可见光和/或红外光。
所述发光元件可以配置为基于其温度和/或基于所述高压隔离开关的温度来发射光发射。对应于发光元件和/或高压隔离开关的温度，光发射可以在强度、持续时间、频谱宽度和/或频率分布/组成方面发生变化。换句话说，发光元件和/或高压隔离开关的温度可以影响由发光元件发射和/或由光纤引导的光发射的特性或物理参数。发光元件和/或高压隔离开关的温度可以影响光发射的强度、持续时间、频谱宽度和/或频率分布/组成。
光纤可以包括二氧化硅材料，特别是玻璃材料、和/或聚合物材料。此外，光纤可以耦合到发光元件、和/或光纤可以耦合到推导单元。光纤可以被涂层或周围材料(例如，用聚合物材料)部分地涂覆或包围。
推导单元可以与光纤耦合和/或进一步配置成基于接收到的光发射的强度和/或频谱和/或频率分布推导关于高压隔离开关的温度的信息，接收到的光发射已经由发光元件发射和/或由光纤引导。推导单元可以包括至少一个光电元件和/或集成电路。此外，推导单元可以配置为与数据处理系统(例如与高压隔离开关和/或变电站的控制和/或监控系统)耦接。可选地，推导单元可以集成到数据处理系统中。
感测设备的优点是发光元件和光纤，即必须至少部分地布置在紧挨高压接触装置附近的元件，可以在没有电能传输的情况下运行。因此，可以排除由于高压隔离开关附近的电磁影响而导致的感测设备的故障。
另一个优点是，可以在没有任何可移动元件和/或具有额外的隔离和/或保护装置(诸如密封感测设备)的聚合物涂层的情况下来实现该感测设备。因此，可以有效地保护感测设备免受环境影响。
可选地，用于高压隔离开关的感测设备包括：接触元件，其配置为布置在所述高压隔离开关的接触装置的表面上，特别是金属表面上，并且配置成为与所述表面的温度一致。
所述发光元件和/或所述光纤可以设置在所述接触元件的表面上。替代地或补充地，发光元件和/或光纤可以至少部分地由所述接触元件包围。
可选地，所述接触元件包括塑料或聚合物材料和/或金属材料，例如，铜材料。
此外，所述接触元件可包括圆柱形部分和/或环形部分。
所述发光元件和/或所述光纤可以配置为与所述高压隔离开关的表面温度一致和/或与所述接触元件的温度一致。
接触元件的优点在于它增强并简化了在高压隔离开关处发光元件的定位，特别是在高压隔离开关的接触装置的金属表面上。
接触元件可以被成形为对应于高压隔离开关的现有装置，例如，对应于高压隔离开关的现有隔离和/或间隔装置。在一个变型中，接触元件可以具有环形部分并且配置成围绕间隔元件布置，该间隔元件布置在高压接触元件与将高压接触元件压到另一个高压接触元件以增强这些元件之间的导电接触的弹簧之间。
接触元件的另一个优点是，它增强了发光元件和高压隔离开关之间的温度一致。
接触元件的另一个优点是，它可以例如通过至少部分地包围发光元件来保护发光元件免受环境影响。
可选地，所述发光元件可以为涂层，其设置在所述光纤的一个表面或部分表面上。在一个变型中，发光元件可以是覆盖光纤表面的一部分的涂层，其中光纤的涂层部分被接触元件包围。
此外，发光元件可以包括/包含发光物质/材料，特别是光致发光物质/材料，例如包括/包含锌、镉、锰、铝、硅和/或稀土金属的氧化物、氮化物、氮氧化物、硫化物、硒化物、卤化物和/或硅酸盐的磷物质/材料。
在一个变体中，发光元件是设置在光纤的一部分上的光致发光涂层。
在一个变体中，用于高压隔离开关的感测设备还包括配置为间歇地发光的光源。光纤可以配置为接收由光源发射的光，并且引导由光源发射的光。发光元件可配置为吸收从光源发射并由光纤引导的光的能量。
包含(光)发光物质的发光元件的优点在于，可以通过间歇地引导来自光源的光穿过光纤而不传输电能来为(光)发光材料供应能量。当发光物质吸收来自光源的光的能量时，发光物质内部的电子会发生能级跃迁现象，从而产生发光现象，即荧光。当光源间歇性提供的光暂时变暗时，发光将在一段时间内消失，这段时间的长短取决于发光元件的温度，即发光物质的温度。因此，推导单元可以通过光纤接收来自发光元件的光发射，并且基于接收到的由发光物质引起的光发射的持续时间来推导关于高压隔离开关的温度的信息。
在一个变型中，感测设备可以包括反射镜部件和/或聚焦光学器件，其中反射镜部件可以耦合到光纤的端部，和/或聚焦光学器件可以布置在光纤和推导单元之间。推导单元可以配置为从光纤接收聚焦光发射，并且推导单元可以配置为基于接收的聚焦光发射来推导关于高压隔离开关的温度的信息。
可以耦合到光纤的一端，特别是光纤的与与推导单元耦合的光纤的一端相反的一端的反射镜部件的优点在于，发光元件的光发射可以反射。因此，可以增强由推导单元接收的光发射的强度。
聚焦光学器件的优点是，发光元件的光发射可以被聚焦以由推导单元进行评估。因此，可以增强由推导单元接收的光发射的强度。
可选地，感测设备，特别是推导单元，可以包括警报模块，其配置为如果由推导单元确定的高压隔离开关温度超过阈值，则输出警报消息。警报消息可以是光学和/或声音警报，其通过光学和/或声音警报装置发送。替代地或补充地，警报消息可以是到外部或集成数据处理系统的电子可传输数据消息，外部或集成数据处理系统耦接到感测设备、特别是推导单元。
高压隔离开关可包括如上所述的感测设备。
除了上述感测设备之外，高压隔离开关还可以包括至少两个高压连接装置，其配置为彼此间隔开并且配置为定位成彼此接触，从而分别断开高压链路和建立高压链路。为了彼此接触，连接装置中的至少一个可以包括接触片段。
此外，高压隔离开关可以包括弹簧，其配置为在高压隔离开关的切换状态改变时变形(即，建立或断开高压链路)，从而支持高压连接装置和/或接触片段的预期定位。
感测设备可以至少部分地布置在隔离开关的弹簧与连接装置和/或隔离开关的接触片段之间，其中发光元件和/或接触元件可以配置为将弹簧与连接装置和/或接触片段分离和/或电隔离。
这种布置的优点在于，感测设备可以集成到包括弹簧的高压隔离开关中，从而固定为与连接装置和/或连接装置的接触片段紧密接触，并且附加提供分离和/或隔离元件的额外效果，而分离和/或隔离元件对于包括弹簧的隔离开关是必须提供的。因此，仅通过更换隔离开关的现有分离和/或隔离装置，就可以在不影响高压隔离开关设计的情况下布置感测设备。
在另一个变型中，感测设备可以围绕高压隔离开关的弹簧和高压隔离开关的连接装置和/或连接装置的接触片段之间的间隔元件成形和/或定位。因此，感测设备可适用于隔离开关的现有分离和/或隔离装置，从而最小化升级和/或重新设计现有高压隔离开关的工作量。
此类高压隔离开关可以是分合闸隔离开关、BCDS、中心分断隔离开关、双分断隔离开关、垂直分断隔离开关、折架式隔离开关、半折架式隔离开关或膝式隔离开关。
附图说明
为了加强对上述布置的理解，提供了以下附图：
图1A/B示意性地示出了高压隔离开关的示例，其包括两个连接装置。
图2A/B示意性地显示了用于高压隔离开关的感测设备的示例。
图3A/B示意性地显示了用于高压隔离开关的感测设备的另一个示例。
图4A/B示意性地示出了用于高压隔离开关的感测设备的又一示例。
如果没有明确相反地描述，在附图中使用的相同的附图标记表示用于不同实施方式的对应或相似的部件。此外，为了提高所示实施方式的清晰度，并非所有附图都包括用于所示所有元件的附图标记。
具体实施方式
图1A/B示出了高压隔离开关的示例，其包括高压连接装置A、B。两个高压连接装置A、B配置为彼此间隔开的位置(图1B)，和配置为彼此接触(图1A)，从而分别断开高压链路和建立高压链路。为了在连接装置A、B之间建立导电连接，接触片段110固定到连接装置中的一个。
此外，所示的高压隔离开关包括弹簧120，其也固定到连接装置中的一个。弹簧120向接触片段110的接触区提供机械压力，从而在闭合开关状态下支持连接装置A、B之间的导电连接(图1A)。
如图1A/B所示，接触片段110以及弹簧120通过固定元件140固定到连接装置中的一个。然而，在接触片段110的接触区附近，弹簧120和接触片段110通过包括非导电塑料材料的圆柱形分隔元件130彼此间隔开。
图2A/B示出了感测设备的示例，其配置为确定高压隔离开关的温度，而无需在高压隔离开关附近传输电能。
所示感测设备包括接触元件16，其配置为布置在高压隔离开关的表面上，即连接装置A、B的表面和/或接触片段110的表面。
在图2A/B所示的变型中，接触元件16是环形铜元件，其具有高导热性。因此，接触元件16迅速使它的温度与在其上布置有接触元件16的表面的温度一致。
此外，所示感测设备包括发光元件10，其由环形接触元件16包围。发光元件10配置为使其温度与接触元件16的温度一致，并且因此与在其上布置有接触元件16的表面的温度一致。
在图2A/B所示的变型中，发光元件10是设置在光纤12的表面上的光致发光涂层。光纤12延伸穿过接触元件16并且配置为接收来自发光元件10(即光致发光涂层)的光发射，并且配置为引导光发射。此外，光纤12耦合到推导单元14，其配置为接收来自光纤12的光发射并且基于接收的光发射的持续时间，推导关于发光元件10的温度、并且因此推导接触元件16的温度和其上布置有接触元件16的表面的温度的信息。
光源(未示出)配置为穿过光纤12间歇地发射光。光致发光涂层10配置为吸收从光源发射并穿过光纤12引导的光的能量。因此，穿过光纤向光致发光涂层10提供来自光源的能量，而不传输电能。
当光致发光涂层10吸收来自光源的光的能量时，光致发光涂层10内的电子具有产生荧光的能级跃迁的现象。当来自光源的间歇性提供的光暂时减弱时，发光在一定时期内消失，其中该时期的时间跨度取决于涂层的温度，即其上布置有接触元件16的表面的温度。因此，推导单元14可以通过光纤12接收来自发光元件的光发射，并基于接收到的光发射的持续时间来推导关于布置接触元件16的表面的温度的信息。
如图2A/B所示，感测设备可以被设计成对应圆柱形分离元件130的形状。因此，图2A/B中所示的感测设备可以很容易地布置在高压隔离开关的弹簧120和接触片段110之间，并允许测量隔离开关的温度，特别是连接装置A、B的相关接触区的温度，而不会有在高压隔离开关附近的电能转换。
如图3A/B所示，感测设备的接触元件16还可以包括圆柱形部分18，其包括塑料材料。图3A/B中所示的感测设备将以与图2A/B中所示的感测设备相同的方式操作，但可以代替图1A/B中所示的分离元件130而不是被布置到它上面。
此外，如图4A/B所示，与光纤12耦合和/或设置在光纤12上的发光元件10可以延伸穿过接触元件16的不同部分。当发光元件10设置于光纤12上时，光纤12可延伸穿过接触元件16的不同部分。例如，发光元件10和/或光纤12可以形成闭环或开环。可选地，发光元件10和/或光纤12的一端可以耦合到反射镜部件20，其配置为反射由发光元件10发射的光。因此，可以增强推导单元接收的光发射的强度。
最后，需要强调的是，图中所示的主题并不限制所要求保护的主题，而仅用于增强对本申请的理解。然而，附图中所示和上文描述的特征包括在本申请中并且可以明确地与本申请的其他特征组合。
Claims (15)
1.一种用于高压隔离开关的感测设备，所述感测设备包括：
发光元件，其配置为使其温度与高压隔离开关的温度一致；
光纤，其配置为从所述发光元件接收光发射，并且配置为引导所述光发射；
推导单元，其配置为从所述光纤接收所述光发射，并且基于所述接收的光发射的持续时间来推导关于高压隔离开关的温度的信息。
2.如权利要求1所述的感测设备，进一步包括：
接触元件，其配置为布置在所述高压隔离开关的表面上，并配置为与所述表面的温度一致，其中
所述发光元件和/或所述光纤设置在所述接触元件的表面上，和/或其中所述发光元件和/或所述光纤由所述接触元件包围。
3.如权利要求2所述的感测设备，其中，
所述接触元件包括塑料材料，和/或
所述接触元件包括金属材料，和/或
所述接触元件包括圆柱形部分，和/或
所述接触元件包括环形部分。
4.如权利要求1至3中任一项所述的感测设备，其中，
所述发光元件和/或所述光纤配置为与所述高压隔离开关的表面温度一致和/或与所述接触元件的温度一致。
5.如权利要求1至4中任一项所述的感测设备，其中，
所述发光元件是设置在所述光纤表面的涂层。
6.如权利要求1至5中任一项所述的感测设备，其中，
所述发光元件包括发光物质。
7.如权利要求6中任一项所述的感测设备，还包括：
配置为间歇发光的光源，其中
所述光纤还配置为接收由所述光源发射的光，并且还配置为引导由所述光源发射的光，并且其中
所述发光元件进一步配置为吸收从所述光源发射并由所述光纤引导的光的能量。
8.如权利要求1至7中任一项所述的感测设备，其中，
所述推导单元进一步配置为基于光强和/或接收的光发射的频谱和/或频率分布来推导关于所述高压隔离开关的温度的信息。
9.如权利要求1至8中任一项所述的感测设备，还包括：
反射镜部件和/或聚焦光学元件，所述反射镜部件耦合到所述光纤的一端和/或布置在所述光纤和所述推导单元之间的聚焦光学元件，和/或其中
所述推导单元配置为从所述光纤接收聚焦光发射，并且所述推导单元配置为基于接收的聚焦光发射来推导关于所述高压隔离开关的温度的信息。
10.如权利要求1至9中任一项所述的感测设备，还包括：
警报模块，其配置为如果由所述推导单元确定的高压隔离开关温度超过阈值，则输出警报消息。
11.如权利要求1至10中任一项所述的感测设备，其中，
所述发光元件和/或所述接触元件进一步配置为布置在所述高压隔离开关的弹簧和所述高压隔离开关的接触装置之间，和/或其中
所述发光元件和/或所述接触元件进一步配置为将所述弹簧与所述接触装置分离和/或电隔离。
12.一种高压隔离开关，包括如权利要求1至11中任一项所述的感测设备。
13.如权利要求12所述的高压隔离开关，所述高压隔离开关进一步包括：
弹簧，其配置为当所述高压隔离开关的切换状态改变时弹性变形，其中
所述感测设备部分地布置在所述高压隔离开关的弹簧和所述高压隔离开关的接触装置之间，和/或其中
所述发光元件和/或所述接触元件进一步配置为将所述弹簧与所述接触装置分离和/或电隔离。
14.如权利要求12或13所述的高压隔离开关，其中，
所述感测设备围绕所述高压隔离开关的弹簧和所述高压隔离开关的接触元件之间的间隔元件成形。
15.如权利要求12至14任一项所述的高压隔离开关，其中，所述高压隔离开关配置为分合闸隔离开关、BCDS、中心分断隔离开关、双分断隔离开关、垂直分断隔离开关、折架式隔离开关、半折架式隔离开关或膝式隔离开关。
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